JP2009194173A - Microwave plasma processor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make appropriate a shape of a surface on the processing body side of a dielectric plate in response to a gas type. <P>SOLUTION: A microwave plasma processor 100 includes a plurality of dielectric plates 31 on the ceiling face. On a lower face of the dielectric plates 31, seven recessed parts are formed. A state of a standing wave inside the dielectric plates indicates a distribution of an electric field energy inside the dielectric, and changes in response to a reflected wave rp from a plasma. The reflected wave rp from the plasma changes in response to the gas type, and is represented by a permittivity ε<SB>r</SB>and dielectric dissipation factor T<SB>δ</SB>of the plasma. Thus, the standing wave inside each dielectric plate changes according to the gas type, and its state is inferred from the permittivity ε<SB>r</SB>and dielectric dissipation factor T<SB>δ</SB>of the plasma. Based on a result inferred in this manner, projected parts between recessed parts on the lower face of the dielectric plates 31 are flattened so that an energy conducts from a strong region of the electric field energy to a weak region thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを生成し、被処理体上にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に関する。特に、処理容器内にマイクロ波を投入するために、マイクロ波を透過させる誘電体板の表面形状に関する。   The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus that generates plasma using microwaves and performs plasma processing on an object to be processed. In particular, the present invention relates to a surface shape of a dielectric plate that transmits microwaves in order to introduce microwaves into a processing container.

プラズマを用いて被処理体に成膜処理やエッチング処理を施すプラズマ処理装置の一つとしてマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。この装置で使用されるマイクロ波は、マイクロ波源から出力され、矩形導波管または同軸導波管を伝播し、プラズマ処理装置の天井面に設けられた誘電体板を透過して処理容器内に投入される。投入されたマイクロ波の電界エネルギーは、ガスを励起するために消費され、これにより低温度かつ高密度なプラズマが生成される。低温かつ高密度なプラズマを用いれば、被処理体上を精度良く微細加工することができ、プロセスウィンドウを広げることができる。   A microwave plasma processing apparatus has been proposed as one of plasma processing apparatuses for performing a film forming process or an etching process on an object to be processed using plasma. Microwaves used in this apparatus are output from a microwave source, propagate through rectangular waveguides or coaxial waveguides, pass through a dielectric plate provided on the ceiling surface of the plasma processing apparatus, and enter the processing container. It is thrown. The electric field energy of the input microwave is consumed to excite the gas, thereby generating low temperature and high density plasma. If low-temperature and high-density plasma is used, fine processing can be performed on the object to be processed with high accuracy, and the process window can be widened.

近年のマイクロ波プラズマ処理装置の開発では、基板の大型化への対応が大きな課題の一つとなっている。すなわち、基板の大型化に伴いマイクロ波プラズマ処理装置が大型化しても、基板上に均一なプラズマを安定して生成し、これにより、基板全体に良質なプラズマ処理を実行することが可能なプラズマ処理装置が要求されている。しかしながら、装置の大型化に伴って装置の天井面に配置する誘電体板を大面積化すると、誘電体板の下面全体に均一に表面波の定在波をたてることが難しく、誘電体板下面のマイクロ波の電界エネルギーに強弱が生じ、エネルギーが強い部分に生成されるプラズマの密度が弱い部分に生成されるプラズマの密度より高くなって、均一なプラズマを生成することが難しくなる。   In recent developments of microwave plasma processing apparatuses, one of the major challenges is to cope with the increase in size of substrates. In other words, even if the microwave plasma processing apparatus is increased in size with an increase in the size of the substrate, plasma that can stably generate uniform plasma on the substrate and thereby perform high-quality plasma processing on the entire substrate. A processing unit is requested. However, when the area of the dielectric plate arranged on the ceiling surface of the device is increased with the increase in size of the device, it is difficult to uniformly generate a standing wave of the surface wave over the entire lower surface of the dielectric plate. The intensity of the electric field energy of the microwave on the lower surface is generated, and the density of the plasma generated in the portion where the energy is strong becomes higher than the density of the plasma generated in the portion where the energy is weak, making it difficult to generate a uniform plasma.

これに対して、処理容器の天井面に大面積の一枚の誘電体を設置する代わりに、複数枚の誘電体板の各誘電体を金属の梁により仕切り、均等な間隔で天井面に設置したマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている(たとえば、特許文献1を参照。)。これによれば、誘電体板の下面にて生成される表面波は金属の梁を越えて隣接する誘電体板まで伝搬することができない。このようにして誘電体板の下面を伝搬する表面波の定在波の発生を抑制することにより、各誘電体板下面に供給されるマイクロ波の電界エネルギーを均等な強さにし、大面積の基板の上方全体に均一なプラズマを安定的に生成することができる。   On the other hand, instead of installing a single large-area dielectric on the ceiling surface of the processing vessel, each dielectric of multiple dielectric plates is partitioned by metal beams and installed on the ceiling surface at even intervals. A microwave plasma processing apparatus has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this, the surface wave generated on the lower surface of the dielectric plate cannot propagate beyond the metal beam to the adjacent dielectric plate. In this way, by suppressing the generation of standing waves of surface waves propagating on the lower surface of the dielectric plate, the electric field energy of the microwaves supplied to the lower surface of each dielectric plate is made uniform, and a large area Uniform plasma can be stably generated over the entire upper portion of the substrate.

たとえば、上記マイクロ波プラズマ処理装置では、図4の上部に誘電体板31の下面(上)および断面(下)を示したように、各誘電体板31の下面に複数の凹部が形成される。誘電体板下面から処理容器内に放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度は、給電点からの距離に左右されるとともに凹部の側面で強くなる傾向がある。これらを考慮して各凹部の深さを異ならせることにより、誘電体板31の下面から放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度を均一にすることができる。これにより、大型化した基板の上方全体に均一なプラズマが広がるように安定してプラズマを生成することができる。
特開2007−103519号公報
For example, in the microwave plasma processing apparatus, a plurality of recesses are formed on the lower surface of each dielectric plate 31 as shown in the upper portion of FIG. 4 with the lower surface (upper) and the cross section (lower) of the dielectric plate 31. . The intensity of the electric field energy of the microwave emitted from the lower surface of the dielectric plate into the processing container tends to increase depending on the distance from the feeding point and increases on the side surface of the recess. By taking these into consideration, the depth of each concave portion is made different, whereby the intensity of the electric field energy of the microwave emitted from the lower surface of the dielectric plate 31 can be made uniform. Thereby, it is possible to stably generate the plasma so that the uniform plasma spreads over the entire enlarged substrate.
JP 2007-103519 A

しかしながら、誘電体板31の内部の電界エネルギーの分布および誘電体板31の下面から放出されるマイクロ波の電界エネルギーはプラズマの状態に応じて変化し、プラズマの状態はガス種により変化する。よって、誘電体板31の内部及び下面におけるマイクロ波の電界エネルギーの分布は、ガス種によって変化することになる。したがって、ガス種によって、誘電体板31の下面に形成された凹凸の形状を最適化しないと、所望のガス種に対して誘電体板の内部及び下面にてマイクロ波の電界エネルギーの強度を均一にすることができない場合が生じる。   However, the distribution of the electric field energy inside the dielectric plate 31 and the electric field energy of the microwaves emitted from the lower surface of the dielectric plate 31 change according to the state of the plasma, and the state of the plasma changes depending on the gas type. Therefore, the distribution of the electric field energy of the microwaves inside and under the dielectric plate 31 changes depending on the gas type. Therefore, if the shape of the unevenness formed on the lower surface of the dielectric plate 31 is not optimized depending on the gas type, the intensity of the electric field energy of the microwave is uniform in the inside and the lower surface of the dielectric plate with respect to the desired gas type. There is a case that cannot be made.

たとえば、図4に示した誘電体板31の内部の定在波STは、誘電体内部のマイクロ波の電界エネルギーの分布を示し、その状態は、給電点Pの位置、誘電体板31の材質、寸法、誘電率だけでなく、マイクロ波の入射波μ、誘電体板31を支持する梁26からの反射波rbおよびプラズマからの反射波rpにより画定される。   For example, the standing wave ST inside the dielectric plate 31 shown in FIG. 4 shows the distribution of the electric field energy of the microwave inside the dielectric, and the state is the position of the feeding point P, the material of the dielectric plate 31 , Not only the size and dielectric constant, but also the incident wave μ of the microwave, the reflected wave rb from the beam 26 supporting the dielectric plate 31, and the reflected wave rp from the plasma.

これらの要因のうち、プラズマからの反射波以外の値は設計段階で確定し、その後に変動しない。一方、プラズマからの反射波rpはプラズマの状態によって変動する。よって、誘電体板31の内部の定在波STの状態は、プラズマからの反射波rpに応じて変動する。   Of these factors, values other than the reflected wave from the plasma are determined at the design stage and do not change thereafter. On the other hand, the reflected wave rp from the plasma varies depending on the state of the plasma. Therefore, the state of the standing wave ST inside the dielectric plate 31 varies according to the reflected wave rp from the plasma.

前述したように、プラズマの状態(プラズマのインピーダンス)は、ガス種により変化し、プラズマの誘電率εおよび誘電正接Tδによって表すことができる。以上から、誘電体板31の内部のエネルギー分布はガス種によって変動し、そのエネルギー分布の違いは、プラズマの誘電率εおよび誘電正接Tδによって予測可能であることがわかる。 As described above, the plasma state (plasma impedance) varies depending on the gas type, and can be expressed by the dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ of the plasma. From the above, it can be seen that the energy distribution inside the dielectric plate 31 varies depending on the gas type, and the difference in the energy distribution can be predicted by the dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ of the plasma.

よって、ガス種によって誘電体板31内部のエネルギー分布が異なることを考慮して、基準のガスに対して誘電体板下面の凹凸が適正化されている場合、ガス種にあわせて誘電体板下面の凹凸を最適化し、誘電体板31内部を均一なエネルギー分布にする必要がある。   Therefore, in consideration of the fact that the energy distribution inside the dielectric plate 31 varies depending on the gas type, when the unevenness on the lower surface of the dielectric plate is optimized with respect to the reference gas, the lower surface of the dielectric plate is matched to the gas type. It is necessary to optimize the unevenness of the dielectric plate so that the inside of the dielectric plate 31 has a uniform energy distribution.

上記課題を解消するために、本発明は、誘電体板の被処理体側の表面形状をガス種に応じて適正化したマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a microwave plasma processing apparatus in which the surface shape of a dielectric plate on the object side is optimized according to the gas type.

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にてプラズマが励起される処理容器と、前記処理容器内にプラズマを励起するために必要なマイクロ波を供給するマイクロ波源と、前記処理容器の内側に面し、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を前記処理容器内に伝播させる複数の誘電体板と、を備えたマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。   That is, in order to solve the above-described problems, according to an aspect of the present invention, a processing vessel in which plasma is excited inside, and a microwave that supplies microwaves necessary for exciting the plasma in the processing vessel. There is provided a microwave plasma processing apparatus including a wave source and a plurality of dielectric plates facing the inside of the processing container and propagating microwaves supplied from the microwave source into the processing container.

前記マイクロ波プラズマ処理装置に設けられた各誘電体板の被処理体に対向する面には、2以上の凹部または凸部が形成される。その凹凸は、プラズマからの反射波に応じて予測される前記各誘電体板内部の電界エネルギーの分布に基づき、前記各誘電体板の被処理体に対向する面の表面を電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように形成される。   Two or more recesses or protrusions are formed on the surface of each dielectric plate provided in the microwave plasma processing apparatus that faces the object to be processed. The unevenness is based on the distribution of electric field energy in each dielectric plate predicted according to the reflected wave from the plasma. It is formed so that energy is transmitted to the weak area.

前述したように、誘電体板の内部の定在波の状態はプラズマからの反射波により変動する。プラズマからの反射波は、プラズマの状態によって変動する。プラズマの状態は、ガス種によって変化し、プラズマの誘電率εおよび誘電正接Tδによって表すことができる。つまり、誘電体板の内部の定在波はガス種により変化し、その状態は、所望のガスを励起させたときに生じるプラズマの誘電率εおよびプラズマの誘電正接Tδから予測することができる。 As described above, the state of the standing wave inside the dielectric plate varies depending on the reflected wave from the plasma. The reflected wave from the plasma varies depending on the state of the plasma. The plasma state varies depending on the gas species, and can be expressed by the dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ of the plasma. That is, the standing wave inside the dielectric plate changes depending on the gas type, and the state can be predicted from the dielectric constant ε r of the plasma generated when the desired gas is excited and the dielectric loss tangent T δ of the plasma. it can.

そこで、本発明にかかる誘電体板では、まず、基準となるガスに対応して基準となる2以上の凹部または凸部が形成され、その基準の凹凸に対して、実際のプロセスに用いるガス種に応じた加工(適正化、カスタマイズ)が施される。   Therefore, in the dielectric plate according to the present invention, first, two or more concave portions or convex portions serving as a reference are formed corresponding to the reference gas, and the gas type used in the actual process is formed with respect to the reference unevenness. Processing (optimization, customization) according to

具体的には、ガス種に応じて予め定められたプラズマの誘電率εおよび誘電正接Tδによって誘電体板の内部の定在波の状態、すなわち、誘電体板の内部の電界エネルギーの分布を予測し、予測した電界エネルギーの分布に基づき誘電体板の下面にて電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、各誘電体板表面の基準凹凸が平坦化される。 Specifically, the state of the standing wave inside the dielectric plate, that is, the distribution of the electric field energy inside the dielectric plate, is determined by the plasma dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ that are predetermined according to the gas type. And the reference unevenness on the surface of each dielectric plate is flattened so that the energy is transmitted from the strong region to the weak region on the lower surface of the dielectric plate based on the predicted electric field energy distribution.

たとえば、誘電体板内部の中心部分の電界エネルギーが両端部分の電界エネルギーより強い場合、図4の上部に示したように基準となる凹凸の両端の凸部Fを、図4の下部に示したように削り落として平坦化する。この結果、削り落として平坦化した凹部H12、H67をマイクロ波の表面波SWが電界エネルギーの強い方から弱い方に向かって伝搬する。これにより、誘電体下部の外側に向かって電界エネルギーEが伝わる。この結果、誘電体内部においても誘電体の外側の電界エネルギーが高まり、図4の下部に示したように、誘電体板の内部の定在波STの状態が均一になり(すなわち、誘電体板内部の電界エネルギーが均一になり)、所望のガス種を使用するプロセスにおいて、均一なプラズマを生成することができる。   For example, when the electric field energy at the center portion inside the dielectric plate is stronger than the electric field energy at both end portions, as shown in the upper portion of FIG. 4, the convex portions F at both ends of the reference unevenness are shown in the lower portion of FIG. And flatten by scraping. As a result, the microwave surface wave SW propagates from the stronger electric field energy toward the weaker one in the recesses H12 and H67 which are flattened by shaving. Thereby, the electric field energy E is transmitted toward the outside of the lower dielectric. As a result, the electric field energy outside the dielectric increases also inside the dielectric, and the state of the standing wave ST inside the dielectric plate becomes uniform as shown in the lower part of FIG. 4 (that is, the dielectric plate The internal electric field energy becomes uniform), and a uniform plasma can be generated in a process using a desired gas species.

前記各誘電体板の被処理体に対向する面に形成された2以上の凹凸の平坦化方法としては、電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の少なくとも一部を平坦化してもよい。   As a method for flattening two or more irregularities formed on the surface of each dielectric plate facing the object to be processed, at least a concave portion or a convex portion formed in a region where the electric field energy changes from a strong region to a weak region is used. A part may be flattened.

たとえば、図4に示したように、電界エネルギーの強い領域と弱い領域との間にある凸部Fをすべて削って完全にフラットしてもよく、図7(a)および図7(b)に示したように、凸部の中央部FCまたは凸部の両端部FEのみをフラットにしてもよい。   For example, as shown in FIG. 4, all of the convex portions F between the region where the electric field energy is strong and the region where the electric field energy is weak may be completely flattened, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). As shown, only the center part FC of the convex part or both end parts FE of the convex part may be made flat.

凸部の一部をフラットにした場合、凸部のすべてをフラットにした場合に比べて表面波SWの伝播効率が下がるため、電界エネルギーの強い領域から弱い領域へ適度に電界エネルギーEを伝えることができる。ただし、凹部の側面近傍には電界が集中しやすいという傾向があることから、凸部の両端部FEをフラットにするほうが、凸部の中心部FCをフラットにするより伝播効率は上がる。   When part of the convex part is flattened, the propagation efficiency of the surface wave SW is lower than when all the convex parts are flattened, so that the electric field energy E is appropriately transmitted from a strong field energy region to a weak region. Can do. However, since the electric field tends to concentrate near the side surface of the concave portion, the propagation efficiency increases when the both ends FE of the convex portion are flattened than when the central portion FC of the convex portion is flattened.

さらに、図7(c)に示したように、誘電体板31の内部の電界エネルギーの分布に応じて、凸部のすべての平坦化と一部の平坦化を組み合わせてもよい。これによっても、誘電体板の下面にて表面波SWを所望の程度に伝播させることができる。   Further, as shown in FIG. 7C, all the flattening of the convex portions and some flattening may be combined according to the electric field energy distribution inside the dielectric plate 31. This also allows the surface wave SW to propagate to a desired level on the lower surface of the dielectric plate.

前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を1または2以上の導波管に伝播させ、前記導波管に隣接された複数のスロットに通し、前記複数のスロットに隣接した前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給するように構成された装置であってもよい。   The microwave plasma processing apparatus propagates the microwave supplied from the microwave source to one or more waveguides, passes the plurality of slots adjacent to the waveguide, and is adjacent to the plurality of slots. The apparatus may be configured to be propagated to the plurality of dielectric plates and supplied into the processing container.

また、前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を1または2以上の導体棒に伝播させ、さらに前記導体棒に隣接または近接した前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給するように構成された装置であってもよい。   The microwave plasma processing apparatus may cause the microwave supplied from the microwave source to propagate to one or more conductor rods and further propagate to the plurality of dielectric plates adjacent to or close to the conductor rods. The apparatus may be configured to supply into the processing container.

以上に説明したように、本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置の処理容器の内側に面して設けられた誘電体板の形状をガス種によって適正化することにより、所望のガス種に応じてプラズマを均一に生成することができる。   As described above, according to the present invention, the shape of the dielectric plate provided facing the inside of the processing container of the microwave plasma processing apparatus is optimized by the gas type, so that the desired gas type can be obtained. Accordingly, plasma can be generated uniformly.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the constituent elements having the same configuration and function, and redundant description is omitted.

(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は本装置をy軸に垂直な方向に切断した縦断面図を模式的に示し、図2は同装置の天井面を示す。以下の説明では、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いてCVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着薄膜成膜法)処理により、アモルファスシリコン膜を形成する工程を例に挙げて説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 schematically shows a longitudinal sectional view of the apparatus cut in a direction perpendicular to the y-axis, and FIG. 2 shows a ceiling surface of the apparatus. In the following description, a process of forming an amorphous silicon film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) process using the microwave plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described as an example.

(マイクロ波プラズマ処理装置の構成)
マイクロ波プラズマ処理装置100は、処理容器10と蓋体20とを備えている。処理容器10は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器10と蓋体20とは、蓋体20(蓋本体21)の下面外周部と処理容器10の上面外周部との間に配設されたOリング32により密閉されていて、これにより、プラズマ処理を行う処理室Uが形成される。処理容器10および蓋体20は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
(Configuration of microwave plasma processing equipment)
The microwave plasma processing apparatus 100 includes a processing container 10 and a lid 20. The processing container 10 has a bottomed cubic shape whose upper part is opened. The processing container 10 and the lid 20 are sealed by an O-ring 32 disposed between the lower surface outer periphery of the lid 20 (lid body 21) and the upper surface outer periphery of the processing container 10, thereby A processing chamber U for performing plasma processing is formed. The processing container 10 and the lid 20 are made of a metal such as aluminum, for example, and are electrically grounded.

処理容器10には、その内部にてガラス基板(以下「基板」という)Gを載置するためのサセプタ11(載置台)が設けられている。サセプタ11は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部11aおよびヒータ11bが設けられている。   The processing container 10 is provided with a susceptor 11 (mounting table) for mounting a glass substrate (hereinafter referred to as “substrate”) G therein. The susceptor 11 is made of, for example, aluminum nitride, and a power feeding unit 11a and a heater 11b are provided therein.

給電部11aには、整合器12a(たとえば、コンデンサ)を介して高周波電源12bが接続されている。また、給電部11aには、コイル13aを介して高圧直流電源13bが接続されている。整合器12a、高周波電源12b、コイル13aおよび高圧直流電源13bは、処理容器10の外部に設けられている。また、高周波電源12bおよび高圧直流電源13bは、接地されている。   A high frequency power source 12b is connected to the power supply unit 11a via a matching unit 12a (for example, a capacitor). In addition, a high-voltage DC power supply 13b is connected to the power supply unit 11a via a coil 13a. The matching unit 12a, the high-frequency power source 12b, the coil 13a, and the high-voltage DC power source 13b are provided outside the processing container 10. The high frequency power supply 12b and the high voltage DC power supply 13b are grounded.

給電部11aは、高周波電源12bから出力された高周波電力により処理容器10の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部11aは、高圧直流電源13bから出力された直流電圧により基板Gを静電吸着するようになっている。   The power feeding unit 11a applies a predetermined bias voltage to the inside of the processing container 10 by the high frequency power output from the high frequency power source 12b. The power feeding unit 11a is configured to electrostatically attract the substrate G with a DC voltage output from the high-voltage DC power supply 13b.

ヒータ11bには、処理容器10の外部に設けられた交流電源14が接続されていて、交流電源14から出力された交流電圧により基板Gを所定の温度に保持するようになっている。   An AC power supply 14 provided outside the processing container 10 is connected to the heater 11b, and the substrate G is held at a predetermined temperature by an AC voltage output from the AC power supply 14.

処理容器10の底面は筒状に開口され、その底面周縁にはベローズ15の一端が装着されている。また、ベローズ15の他端は昇降プレート16に固着されている。このようにして、処理容器10底面の開口部分は、ベローズ15および昇降プレート16により密閉されている。   The bottom surface of the processing container 10 is opened in a cylindrical shape, and one end of a bellows 15 is attached to the periphery of the bottom surface. The other end of the bellows 15 is fixed to the elevating plate 16. In this way, the opening at the bottom of the processing container 10 is sealed by the bellows 15 and the lifting plate 16.

サセプタ11は、昇降プレート16上に配置された筒体17に支持されていて、昇降プレート16および筒体17と一体となって昇降する。これにより、サセプタ11は、処理プロセスに応じた高さに調整されるようになっている。また、サセプタ11の周囲には、処理室Uのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板18が設けられている。   The susceptor 11 is supported by a cylindrical body 17 disposed on the lifting plate 16 and moves up and down integrally with the lifting plate 16 and the cylindrical body 17. Thereby, the susceptor 11 is adjusted to a height corresponding to the processing process. A baffle plate 18 for controlling the gas flow in the processing chamber U to a preferable state is provided around the susceptor 11.

処理容器10の底部には、処理容器10の外部に設けられた真空ポンプ(図示せず)が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管19を介して処理容器10内からガスを排出することにより、処理室Uを所望の真空度まで減圧するようになっている。   A vacuum pump (not shown) provided outside the processing container 10 is provided at the bottom of the processing container 10. The vacuum pump is configured to depressurize the processing chamber U to a desired degree of vacuum by discharging gas from the processing container 10 through the gas discharge pipe 19.

蓋体20には、蓋本体21、6本の導波管33、スロットアンテナ30、および、複数枚の誘電体板31が設けられている。6本の導波管33は、その断面形状が矩形状であり、蓋本体21の内部にて平行に並んで設けられている。その内部は、フッ素樹脂(たとえばテフロン(登録商標))、アルミナ(Al)、石英などの誘電部材34で充填されていて、その誘電部材34により、λg=λc/(ε1/2の式に従って各導波管33の管内波長λgが制御される。ここで、λcは自由空間の波長、εは誘電部材34の誘電率である。 The lid 20 is provided with a lid body 21, six waveguides 33, a slot antenna 30, and a plurality of dielectric plates 31. The six waveguides 33 have a rectangular cross-sectional shape and are provided in parallel inside the lid body 21. The inside is filled with a dielectric member 34 such as fluororesin (for example, Teflon (registered trademark)), alumina (Al 2 O 3 ), quartz or the like, and λg 1 = λc / (ε 1 ) by the dielectric member 34. The guide wavelength λg 1 of each waveguide 33 is controlled according to the expression of 1/2 . Here, λc is the wavelength of free space, and ε 1 is the dielectric constant of the dielectric member 34.

各導波管33は、上部にて開口し、その開口には、可動部35が昇降自在に挿入されている。可動部35は、アルミニウムなどの非磁性体である導電性材料から形成されている。   Each waveguide 33 is opened at the top, and a movable portion 35 is inserted into the opening so as to be movable up and down. The movable portion 35 is made of a conductive material that is a non-magnetic material such as aluminum.

蓋本体21の外部であって、各可動部35の上面には、昇降機構36がそれぞれ設けられていて、可動部35を昇降移動させるようになっている。かかる構成により、誘電部材34の上面を限度として、可動部35を昇降移動させるにより、導波管33は、その高さを任意に変えることができる。   An elevating mechanism 36 is provided on the upper surface of each movable portion 35 outside the lid main body 21 so that the movable portion 35 is moved up and down. With this configuration, the height of the waveguide 33 can be arbitrarily changed by moving the movable portion 35 up and down with the upper surface of the dielectric member 34 as the limit.

スロットアンテナ30は、蓋本体21の下方にて蓋本体21と一体的に形成されている。スロットアンテナ30は、アルミニウムなどの非磁性体である金属から形成されている。スロットアンテナ30には、各導波管33の下面にて、図2に示した13個のスロット37(開口)が、それぞれ直列に配置されている。各スロット37の内部には、フッ素樹脂、アルミナ(Al)、石英などの誘電部材が充填されていて、その誘電部材により、λg=λc/(ε1/2の式に従って各スロット37の管内波長λgが制御される。ここで、λcは自由空間の波長、εはスロット37内部の誘電部材の誘電率である。 The slot antenna 30 is formed integrally with the lid body 21 below the lid body 21. The slot antenna 30 is made of a metal that is a nonmagnetic material such as aluminum. In the slot antenna 30, the 13 slots 37 (openings) shown in FIG. 2 are arranged in series on the lower surface of each waveguide 33. Each slot 37 is filled with a dielectric member such as fluororesin, alumina (Al 2 O 3 ), quartz, and the like, and according to the equation: λg 2 = λc / (ε 2 ) 1/2 The guide wavelength λg 2 of each slot 37 is controlled. Here, λc is the wavelength of free space, and ε 2 is the dielectric constant of the dielectric member inside the slot 37.

(誘電体板)
誘電体板31は、図2に示したように、処理容器10の内側に面して均等に39枚設置されている。各誘電体板31はタイル状に形成され、13枚の誘電体板31が、2本の導波管33を跨ぐように同じピッチで3列に設けられている。6本の導波管33は、2本ずつ組となってY分岐管41を介して3つのマイクロ波源40にそれぞれ接続されている。各誘電体板31は、2つのスロット37と隣接する。これにより、6本の導波管33、複数のスロット37および複数の誘電体板31から構成されるマイクロ波の伝播経路が構築される。
(Dielectric plate)
As shown in FIG. 2, 39 dielectric plates 31 are equally installed facing the inside of the processing container 10. Each dielectric plate 31 is formed in a tile shape, and 13 dielectric plates 31 are provided in three rows at the same pitch so as to straddle the two waveguides 33. The six waveguides 33 are connected to the three microwave sources 40 through the Y branch tube 41 in pairs. Each dielectric plate 31 is adjacent to two slots 37. As a result, a microwave propagation path composed of the six waveguides 33, the plurality of slots 37, and the plurality of dielectric plates 31 is constructed.

以上の構成により、スロットアンテナ30の下面には、全部で39枚(=13枚×3列)の誘電体板31が取り付けられる。なお、各導波管33の下面に形成されるスロット37の個数は任意であり、たとえば、各導波管33の下面にそれぞれ12個ずつのスロット37を設け、スロットアンテナ30の下面に全部で36枚(=12枚×3列)の誘電体板31を配設させてもよい。   With the above configuration, a total of 39 (= 13 × 3 rows) dielectric plates 31 are attached to the lower surface of the slot antenna 30. The number of slots 37 formed on the lower surface of each waveguide 33 is arbitrary. For example, twelve slots 37 are provided on the lower surface of each waveguide 33, and the lower surfaces of the slot antennas 30 are all provided. 36 (= 12 × 3 rows) dielectric plates 31 may be disposed.

各誘電体板31には、図1および図3に示したように基板Gと対向する面にて凹凸が形成されている。処理容器内に放出されるマイクロ波の電界エネルギーの強度は、給電点の位置に左右されるとともに誘電体板31の下面に形成された凹部の側面で強くなる。このため、各凹部の深さは、これらを考慮して異なる値に設定されている。なお、誘電体板31の下面の凹凸の適正化については後述する。   As shown in FIGS. 1 and 3, each dielectric plate 31 has irregularities formed on the surface facing the substrate G. The intensity of the electric field energy of the microwave emitted into the processing container depends on the position of the feeding point and becomes stronger on the side surface of the recess formed on the lower surface of the dielectric plate 31. For this reason, the depth of each recessed part is set to a different value in consideration of these. The optimization of the unevenness on the lower surface of the dielectric plate 31 will be described later.

スロットアンテナ30の下面には、図1および図2に示したように、39枚の誘電体板31を支持するために格子状に形成された梁26が設けられている。梁26は、アルミニウムなどの非磁性体にて形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a beam 26 formed in a lattice shape is provided on the lower surface of the slot antenna 30 to support 39 dielectric plates 31. The beam 26 is formed of a nonmagnetic material such as aluminum.

図3に示したように、ガスノズル27、28は、梁26から垂れ下がる状態で梁26に固定されている。ガスノズル27は、キノコ型のねじであって金属により形成されている。ガスノズル27の内部には、中空のガス通路が設けられている。アルゴンガスは、ガスノズル27のガス孔Aから誘電体板31の直下に横向きに吹き出される。   As shown in FIG. 3, the gas nozzles 27 and 28 are fixed to the beam 26 so as to hang down from the beam 26. The gas nozzle 27 is a mushroom screw and is made of metal. A hollow gas passage is provided inside the gas nozzle 27. Argon gas is blown sideways from the gas hole A of the gas nozzle 27 directly below the dielectric plate 31.

ガスノズル28は、外形が棒状(筒状)のねじであって金属により形成されている。ガスノズル28の内部には、中空のガス通路が設けられている。シランガスおよび水素ガスは、ガスノズル28のガス孔Bからアルゴンガスが吹き出される位置より下方にて下向きに吹き出される。   The gas nozzle 28 is a rod-shaped (cylindrical) screw, and is made of metal. A hollow gas passage is provided inside the gas nozzle 28. Silane gas and hydrogen gas are blown downward downward from the position where the argon gas is blown from the gas hole B of the gas nozzle 28.

再び図1に戻って説明を続ける。処理ガス供給源43は、複数のバルブ(バルブ43a1、43a3、43b1、43b3、43b5、43b7)、複数のマスフローコントローラ(マスフローコントローラ43a2、43b2、43b6)、アルゴンガス供給源43a4、シランガス供給源43b4および水素ガス供給源43b8から構成されている。   Returning to FIG. 1 again, the description will be continued. The processing gas supply source 43 includes a plurality of valves (valves 43a1, 43a3, 43b1, 43b3, 43b5, 43b7), a plurality of mass flow controllers (mass flow controllers 43a2, 43b2, 43b6), an argon gas supply source 43a4, a silane gas supply source 43b4, and It is comprised from the hydrogen gas supply source 43b8.

処理ガス供給源43は、各バルブの開閉および各マスフローコントローラの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のアルゴンガス、シランガスおよび水素ガスを処理容器10内にそれぞれ供給する。   The processing gas supply source 43 supplies desired concentrations of argon gas, silane gas, and hydrogen gas into the processing container 10 by controlling the opening and closing of the valves and the opening of each mass flow controller, respectively.

ガス通路29aは、梁26の内部を貫通し、ガスノズル27のガス通路と連結している。これにより、アルゴンガス供給源43a4からガス孔Aまで一本の管で連通した状態となる。ガス通路29bもまた、梁26の内部を貫通し、ガスノズル28のガス通路と連結される。これにより、シランガス供給源43b4および水素ガス供給源43b8からガス孔Bまで一本の管で連通した状態となる。   The gas passage 29 a penetrates the inside of the beam 26 and is connected to the gas passage of the gas nozzle 27. As a result, the argon gas supply source 43a4 communicates with the gas hole A through a single pipe. The gas passage 29 b also penetrates the inside of the beam 26 and is connected to the gas passage of the gas nozzle 28. As a result, the silane gas supply source 43b4 and the hydrogen gas supply source 43b8 communicate with the gas hole B through a single pipe.

冷却水配管44には、マイクロ波プラズマ処理装置100の外部に配置された冷却水供給源45が接続されていて、冷却水供給源45から供給された冷却水が冷却水配管44内を循環して冷却水供給源45に戻ることにより、蓋本体21は、所望の温度に保たれるようになっている。   A cooling water supply source 45 disposed outside the microwave plasma processing apparatus 100 is connected to the cooling water pipe 44, and the cooling water supplied from the cooling water supply source 45 circulates in the cooling water pipe 44. By returning to the cooling water supply source 45, the lid body 21 is kept at a desired temperature.

以上に説明した構成により、図2に示した3つのマイクロ波源40から出力された、たとえば、2.45GHz×3のマイクロ波により、まず、誘電体板31の直下に吹き出されたアルゴンガスが励起し、各誘電体板31の直下でプラズマ化する。   With the configuration described above, the argon gas blown immediately below the dielectric plate 31 is first excited by, for example, 2.45 GHz × 3 microwaves output from the three microwave sources 40 shown in FIG. Then, it is turned into plasma immediately below each dielectric plate 31.

アルゴンガスがプラズマ着火した後、アルゴンガスより下側に吹き出されたシランガスおよび水素ガスは、アルゴンガスのプラズマ化にある程度のエネルギーを消費して弱められた電界エネルギーにより、良質の膜を形成するためのプリカーサー(前駆体)であるSiHラジカルまで解離し、SiHラジカルまでは解離されない。この結果、SiHラジカルの作用により良質なアモルファスシリコン膜を成膜することができる。 After the argon gas is ignited by plasma, the silane gas and hydrogen gas blown down from the argon gas consume a certain amount of energy for the plasma conversion of the argon gas to form a high-quality film by the weakened electric field energy. The precursor (precursor) of SiH 3 radical is dissociated, and the SiH 2 radical is not dissociated. As a result, a high-quality amorphous silicon film can be formed by the action of the SiH 3 radical.

(誘電体板の下面形状の最適化)
つぎに、誘電体板31の下面に設けられた凹凸の最適化について図4を参照しながら詳細に説明する。
(Optimization of the shape of the bottom surface of the dielectric plate)
Next, optimization of the unevenness provided on the lower surface of the dielectric plate 31 will be described in detail with reference to FIG.

図4の上部には、基準となるガスとしてアルゴンガスを取り上げ、アルゴンガスからプラズマを生成する際、誘電体板31の下面の電界エネルギーの強さが均一になるように誘電体板31の下面の凹凸形状を定めた誘電体板31の下面(上)および断面(下)が図示されている。   In the upper part of FIG. 4, argon gas is taken as a reference gas, and when generating plasma from the argon gas, the lower surface of the dielectric plate 31 so that the electric field energy intensity on the lower surface of the dielectric plate 31 is uniform. A lower surface (upper) and a cross-section (lower) of a dielectric plate 31 having an uneven shape are shown.

プロセスに応じてアルゴンガス以外のガスを使用する場合、基準となる凹凸を誘電体板内部の定在波STの状態に応じて最適化する必要がある。よって、まず、誘電体板内部の定在波STについて説明する。   When a gas other than argon gas is used depending on the process, it is necessary to optimize the reference unevenness according to the state of the standing wave ST inside the dielectric plate. Therefore, first, the standing wave ST inside the dielectric plate will be described.

誘電体板内部の定在波STの状態は、誘電体内部のマイクロ波の電界エネルギーの分布を示し、給電点Pの位置、誘電体板31の材質、寸法、誘電率だけでなく、マイクロ波源からの入射波μ、誘電体板31を支持する梁26からの反射波rb、およびプラズマからの反射波rpにより画定される。   The state of the standing wave ST inside the dielectric plate indicates the distribution of the electric field energy of the microwave inside the dielectric plate, and not only the position of the feeding point P, the material, dimensions, and dielectric constant of the dielectric plate 31, but also the microwave source. , The reflected wave rb from the beam 26 supporting the dielectric plate 31, and the reflected wave rp from the plasma.

これらの要因のうち、プラズマからの反射波以外の値は設計段階で確定し、その後に変動しない。一方、プラズマからの反射波rpはプラズマの状態によって変化する。よって、誘電体板31の内部の定在波STの状態は、プラズマからの反射波rp(プラズマのインピーダンス)に応じて変化し、その他の要因ではほとんど変化しないと考えてよい。   Of these factors, values other than the reflected wave from the plasma are determined at the design stage and do not change thereafter. On the other hand, the reflected wave rp from the plasma varies depending on the state of the plasma. Therefore, it may be considered that the state of the standing wave ST inside the dielectric plate 31 changes according to the reflected wave rp (plasma impedance) from the plasma and hardly changes due to other factors.

ここで、プラズマからの反射波rpは、ガス種によって変化する。よって、誘電体板内部の定在波STは、ガス種によって変動し、その状態変化は、プラズマの誘電率εおよび誘電正接Tδによって予測可能であるといえる。 Here, the reflected wave rp from the plasma varies depending on the gas type. Therefore, the standing wave ST inside the dielectric plate varies depending on the gas type, and it can be said that the state change can be predicted by the dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ of the plasma.

ガス種の変化に応じた誘電体板内部の定在波STの状態変化は、実際のプロセスに用いるガス種に応じて誘電体板31の下面の凹凸を適正化(カスタマイズ)する場合の指標となる。   The state change of the standing wave ST in the dielectric plate according to the change of the gas type is an index for optimizing (customizing) the unevenness of the lower surface of the dielectric plate 31 according to the gas type used in the actual process. Become.

図4の上部に示したように、基準ガス(アルゴンガス)に対して凹凸が最適化された誘電体板31を、基準ガス以外のガス種を用いたプロセスに使用すると、基準ガスとそれ以外のガスとでは、誘電体板31の内部の定在波STの状態の違いにより、たとえば、誘電体板31の両端部分の電界エネルギーが誘電体板31の中心部分の電界エネルギーよりも低くなってしまい、不均一なエネルギー状態になってしまう場合がある。この場合、誘電体板31の両端では、プラズマの生成に充分なエネルギーが与えられない。このため、誘電体板31の両端下方に生成されるプラズマ密度は、誘電体板31の中心下方に生成されるプラズマ密度より低くなる。   As shown in the upper part of FIG. 4, when the dielectric plate 31 with the unevenness optimized with respect to the reference gas (argon gas) is used in a process using a gas type other than the reference gas, the reference gas and the others For example, the electric field energy at both ends of the dielectric plate 31 is lower than the electric field energy at the center portion of the dielectric plate 31 due to the difference in the state of the standing wave ST inside the dielectric plate 31. In other words, there may be a non-uniform energy state. In this case, sufficient energy for plasma generation is not given to both ends of the dielectric plate 31. For this reason, the plasma density generated below both ends of the dielectric plate 31 is lower than the plasma density generated below the center of the dielectric plate 31.

そこで、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置100では、ガス種に応じて予め定められたプラズマの誘電率εおよび誘電正接Tδに基づき、誘電体板31内部の定在波STの状態を予測し、予測された定在波ST(すなわち、誘電体板31の内部の電界エネルギーの分布)に基づき、電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、基準となる凹凸が加工(平坦化)される。 Therefore, in the microwave plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment, the state of the standing wave ST inside the dielectric plate 31 based on the plasma dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ determined in advance according to the gas type. Based on the predicted standing wave ST (that is, the distribution of the electric field energy inside the dielectric plate 31), the reference irregularities are processed so that the energy is transmitted from the strong region of the electric field energy to the weak region. (Flattened).

具体的には、誘電体板内部の中心部分の電界エネルギーが両端部分の電界エネルギーより強い場合、図4の上部に示したように基準となる凹凸の両端の凸部Fを、図4の下部に示したように削り落として平坦化する。この結果、削り落として平坦化した凹部H12、H67をマイクロ波の表面波SWが電界エネルギーの強い方から弱い方に向かって伝搬する。これにより、誘電体下部の外側に向かって電界エネルギーEが伝わる。この結果、誘電体内部においても誘電体の外側の電界エネルギーが高まり、図4の下部に示したように、誘電体板の内部の定在波STの状態が均一になり(すなわち、誘電体板内部の電界エネルギーが均一になり)、所望のガス種を使用するプロセスにおいて、均一なプラズマを生成することができる。   Specifically, when the electric field energy at the central portion inside the dielectric plate is stronger than the electric field energy at both end portions, as shown in the upper part of FIG. As shown in Fig. 5, it is flattened by scraping. As a result, the microwave surface wave SW propagates from the stronger electric field energy toward the weaker one in the recesses H12 and H67 which are flattened by shaving. Thereby, the electric field energy E is transmitted toward the outside of the lower dielectric. As a result, the electric field energy outside the dielectric increases also inside the dielectric, and the state of the standing wave ST inside the dielectric plate becomes uniform as shown in the lower part of FIG. 4 (that is, the dielectric plate The internal electric field energy becomes uniform), and a uniform plasma can be generated in a process using a desired gas species.

実際、発明者は、ガス種に応じて誘電体板31の凹凸を適正化することにより、プラズマの均一性にどのような効果が得られるかをシミュレーションにより確認した。シミュレーションでは、所望の実ガスとして「水素(H2)ガス、シラン(SiH4)ガス」を想定した。なお、アルゴンガスのプラズマの誘電率εは−200、誘電正接Tδは−0.1である。また、実ガスのプラズマの誘電率εは、−100〜−1(最適値 −90)、誘電正接Tδは、−0.3〜−0.05(最適値 −0.05)である。 In fact, the inventor confirmed by simulation how the plasma uniformity is obtained by optimizing the unevenness of the dielectric plate 31 according to the gas type. In the simulation, “hydrogen (H 2) gas, silane (SiH 4) gas” is assumed as a desired actual gas. The argon gas plasma has a dielectric constant ε r of −200 and a dielectric loss tangent T δ of −0.1. The dielectric constant ε r of the actual gas plasma is −100 to −1 (optimum value −90), and the dielectric loss tangent T δ is −0.3 to −0.05 (optimum value −0.05). .

まず、図5(a)に斜視図、断面図および下面図を示したように、アルゴンガス用に最適化された誘電体板31の形状を使用して、実ガスからプラズマを生成するシミュレーションを行った。シミュレーション結果を、図6(a)に示す。   First, as shown in a perspective view, a cross-sectional view, and a bottom view in FIG. 5A, a simulation for generating plasma from real gas using the shape of the dielectric plate 31 optimized for argon gas is performed. went. The simulation result is shown in FIG.

これによれば、誘電体板31下面の両端に凸部Fが存在する場合、誘電体板31はアルゴンガス用に最適化されているため、実ガスのプラズマ化には適さず、誘電体板31の両端にて定在波STの振幅が小さくなった。すなわち、アルゴンガス用に凹凸形状が最適化された誘電体板31を用いて実ガスからプラズマを生成すると、誘電体板31の両端のマイクロ波の電界強度が誘電体板31の中央のマイクロ波の電界強度に比べて低くなることが分かった。この結果から、発明者は、アルゴンガス用に最適化された誘電体板31を実ガスのプラズマ化に使用すると、誘電体板31の両端近傍では、誘電体板31の中央部分に比べてプラズマ密度が低くなり、プラズマの均一性が保てないことがわかった。   According to this, when the convex portions F are present at both ends of the lower surface of the dielectric plate 31, the dielectric plate 31 is optimized for argon gas. The amplitude of the standing wave ST became small at both ends of 31. That is, when plasma is generated from real gas using the dielectric plate 31 having an uneven shape optimized for argon gas, the electric field strength of the microwaves at both ends of the dielectric plate 31 is the microwave at the center of the dielectric plate 31. It was found to be lower than the electric field strength of. From this result, when the inventor uses the dielectric plate 31 optimized for argon gas for plasma conversion of the actual gas, the plasma in the vicinity of both ends of the dielectric plate 31 is larger than that in the central portion of the dielectric plate 31. It was found that the density was lowered and the plasma uniformity could not be maintained.

そこで、発明者は、図5(a)に示した基準となる誘電体板31をカスタマイズすることとした。発明者は、実ガスのプラズマの誘電率ε(たとえば、−90)、誘電正接Tδ(たとえば、−0.05)と、アルゴンガスのプラズマの誘電率ε−200、誘電正接Tδ−0.1との違いから、アルゴンガス用の誘電体板31下面の凹凸形状のうち、どの部分をフラットにけずればよいかを予め算出しておいた。発明者は、この内容に基づき、図5(b)に示したように両端の凸部Fをけずってフラットにし、アルゴンガス用の誘電体板31を実ガス用の誘電体板31にカスタマイズした。そして、発明者は、実ガス用の誘電体板31を使用して、実ガスからプラズマを生成するシミュレーションを行った。シミュレーション結果を、図6(b)に示す。 Therefore, the inventor decided to customize the reference dielectric plate 31 shown in FIG. The inventor has obtained a dielectric constant ε r (for example, −90) and a dielectric loss tangent T δ (for example, −0.05) of an actual gas plasma, and a dielectric constant ε r −200 and a dielectric loss tangent T δ of an argon gas plasma. From the difference from −0.1, it was calculated in advance which part of the concavo-convex shape of the lower surface of the dielectric plate 31 for argon gas should be flattened. Based on this content, the inventor customized the dielectric plate 31 for argon gas to the dielectric plate 31 for actual gas by scraping and flattening the convex portions F at both ends as shown in FIG. . And the inventor performed the simulation which produces | generates a plasma from real gas using the dielectric plate 31 for real gas. The simulation result is shown in FIG.

これによれば、両端の凸部Fを削った誘電体板31は、実ガス用に最適化されているため、実ガスのプラズマ化に最もよく対応し、誘電体板31の内部全体において定在波STの振幅が一定になっていた。これは、誘電体板31の内部全体において電界エネルギーに弱い部分がなく、誘電体板31の内部全体に充分にエネルギーが行き渡っている状態となっていた。発明者は、この結果を次のように考察した。すなわち、両端の凸部Fを削って平坦化した誘電体板31下面の凹部をマイクロ波の表面波が電界エネルギーの強い方から弱い方に向かって伝搬した。これにより、誘電体下部の外側に向かって電界エネルギーEが伝わった。この結果、誘電体内部においても誘電体の外側の電界エネルギーが高まり、図6の下部に示したように、誘電体板31の内部の定在波STの状態が均一になり(すなわち、誘電体板内部の電界エネルギーが均一になり)、所望のガス種を使用するプロセスにおいて、均一なプラズマを生成することができた。   According to this, since the dielectric plate 31 from which the convex portions F at both ends have been cut is optimized for real gas, it is most suitable for plasma conversion of real gas, and is fixed throughout the dielectric plate 31. The amplitude of the standing wave ST was constant. This is because there is no portion that is weak against electric field energy in the entire interior of the dielectric plate 31, and the energy is sufficiently distributed throughout the entire interior of the dielectric plate 31. The inventor considered this result as follows. That is, the surface wave of the microwave propagated from the stronger electric field energy toward the weaker one in the concave portion on the lower surface of the dielectric plate 31 flattened by removing the convex portions F at both ends. Thereby, the electric field energy E was transmitted toward the outside of the lower part of the dielectric. As a result, the electric field energy outside the dielectric also increases inside the dielectric, and the standing wave ST inside the dielectric plate 31 becomes uniform as shown in the lower part of FIG. 6 (that is, the dielectric In the process using the desired gas species, a uniform plasma could be generated.

このようにして、発明者は、アルゴンガス用に凹凸形状が最適化された誘電体板31を実ガス用にさらに最適化すれば、プラズマの均一性が高まることを証明した。発明者は、その理由を次のように考えた。ガス種が変わるとプラズマの誘電率εと誘電正接Tδとは変化する。プラズマの誘電率εは、プラズマにおける分極の状態を表し、プラズマの誘電正接Tδは、ガスを励起させることにより生成されたプラズマ中の抵抗による電荷の損失の状態を表している。つまり、ガス種が変わるとプラズマの誘電率εやプラズマの誘電正接Tδが変化するということは、ガス種が変わるとプラズマ内部の電荷の状態が変化するということである。よって、ガス種が変わるとこれに応じてプラズマからの反射波rpの大きさが変化することになる。この結果、誘電体板内部の定在波の状態、すなわち、誘電体内部の電界エネルギーの分布の状態が不均一になると考察した。この考察から、誘電体板31の最適化は、所望のガス種に対して、均一なプラズマを安定的に生成するために非常に有用であると結論付けた。 In this way, the inventor has proved that the plasma uniformity can be improved by further optimizing the dielectric plate 31 having the irregular shape optimized for the argon gas for the actual gas. The inventor considered the reason as follows. When the gas species changes, the plasma permittivity ε r and the dielectric loss tangent T δ change. The dielectric constant ε r of the plasma represents the state of polarization in the plasma, and the dielectric loss tangent T δ of the plasma represents the state of charge loss due to resistance in the plasma generated by exciting the gas. That is, when the gas type changes, the plasma dielectric constant ε r and the plasma dielectric loss tangent T δ change, and when the gas type changes, the state of charge inside the plasma changes. Therefore, when the gas type changes, the magnitude of the reflected wave rp from the plasma changes accordingly. As a result, it was considered that the state of the standing wave inside the dielectric plate, that is, the state of electric field energy distribution inside the dielectric becomes non-uniform. From this consideration, it was concluded that optimization of the dielectric plate 31 is very useful for stably generating a uniform plasma for a desired gas species.

以上に説明したように、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置100によれば、プロセスに使われるガス種に合わせて最適化された誘電体板31を装着することにより、誘電体板31の下面から放出される電界エネルギーの強度を均一にすることができ、この結果、均一なプラズマを生成することができる。   As described above, according to the microwave plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment, by mounting the dielectric plate 31 optimized for the gas type used in the process, the dielectric plate 31 The intensity of the electric field energy emitted from the lower surface can be made uniform, and as a result, uniform plasma can be generated.

(変形例)
図4では、隣接する凹部間の凸部Fをすべて平坦化した。しかし、必ずしも凸部のすべてを平坦化する必要はなく、たとえば、図7(a)または図7(b)に示したように、凸部の中央部FCまたは両端部FEなど、凸部の一部を平坦化してもよい。これによれば、凸部のすべてを平坦化した場合に比べて表面波SWの伝播効率が下がるため、電界エネルギーの強い領域から弱い領域へ適度に電界エネルギーを伝えることができる。ただし、凹部の側面近傍には電界が集中しやすいという傾向があることから、図7(b)の凸部の両端部FEをフラットにするほうが、図7(a)の凸部の中心部FCをフラットにするより高い電界エネルギーを伝えることができる。
(Modification)
In FIG. 4, all the convex portions F between adjacent concave portions are flattened. However, it is not always necessary to flatten all of the convex portions. For example, as shown in FIG. 7A or FIG. 7B, one of the convex portions such as the central portion FC or both end portions FE of the convex portion is formed. The part may be flattened. According to this, since the propagation efficiency of the surface wave SW is reduced as compared with the case where all of the convex portions are flattened, the electric field energy can be appropriately transmitted from the strong electric field energy region to the weak electric field energy region. However, since the electric field tends to concentrate near the side surface of the concave portion, the center portion FC of the convex portion in FIG. 7A is more flat when both ends FE of the convex portion in FIG. It can transmit higher electric field energy than flattening.

さらに、図7(c)に示したように、誘電体内部の電界エネルギーの強弱の程度によって、凸部のすべての平坦化と一部の平坦化とを組み合わせてもよい。これによっても、表面波SWを所望の程度に伝播させることができ、プラズマを均一に生成することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 7C, all flattening of the convex portions and partial flattening may be combined depending on the strength of the electric field energy inside the dielectric. Also by this, the surface wave SW can be propagated to a desired degree, and plasma can be generated uniformly.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

たとえば、本発明にかかる誘電体板の適正化では、凸部を削ることにより平坦化したが、これに限られず、凹部を埋めることにより平坦化してもよい。   For example, in the optimization of the dielectric plate according to the present invention, the convex portion is flattened by cutting, but the present invention is not limited to this, and the flattening may be performed by filling the concave portion.

また、本発明にかかるマイクロ波プラズマ処理装置は、CVD、エッチング処理、アッシング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工する各種プロセスを実行することができる。   In addition, the microwave plasma processing apparatus according to the present invention can execute various processes such as CVD, etching, and ashing that finely process an object to be processed by plasma.

本発明の第1実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the microwave plasma processing apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 同実施形態にかかる装置の天井面を示した図である。It is the figure which showed the ceiling surface of the apparatus concerning the embodiment. 図1の誘電体板近傍を拡大した図である。It is the figure which expanded the dielectric plate vicinity of FIG. 誘電体板下面の形状の最適化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating optimization of the shape of a dielectric material board lower surface. シミュレーションモデル(図5(a)は基準の形状、図5(b)は適正化された形状)を示した図である。It is the figure which showed the simulation model (FIG. 5 (a) is a reference | standard shape, FIG.5 (b) is the optimized shape). シミュレーションの結果(図6(a)は基準の形状の場合、図6(b)は適正化された形状の場合)を示した図である。FIGS. 6A and 6B are diagrams showing simulation results (FIG. 6A shows a standard shape, and FIG. 6B shows an optimized shape). 図7(a)〜図7(c)は誘電体板下面の形状の変形例を示した図である。FIG. 7A to FIG. 7C are diagrams showing modified examples of the shape of the lower surface of the dielectric plate.

符号の説明Explanation of symbols

10 処理容器
11 サセプタ
20 蓋体
21 蓋本体
26 梁
27、28 ガスノズル
30 スロットアンテナ
31 誘電体板
32 Oリング
33 導波管
37 スロット
40 マイクロ波源
43 ガス供給源
43a4 アルゴンガス供給源
43b4 シランガス供給源
43b8 水素ガス供給源
100 マイクロ波プラズマ処理装置
U 処理室
G 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing container 11 Susceptor 20 Lid body 21 Lid body 26 Beam 27, 28 Gas nozzle 30 Slot antenna 31 Dielectric board 32 O-ring 33 Waveguide 37 Slot 40 Microwave source 43 Gas supply source 43a4 Argon gas supply source 43b4 Silane gas supply source 43b8 Hydrogen gas supply source 100 Microwave plasma processing equipment U Processing chamber G Substrate

Claims (9)

内部にてプラズマが励起される処理容器と、
前記処理容器内にプラズマを励起するために必要なマイクロ波を供給するマイクロ波源と、
前記処理容器の内側に面し、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を前記処理容器内に伝播させる複数の誘電体板と、を備え、
前記複数の誘電体板の各誘電体板には、前記各誘電体板の被処理体に対向する面に2以上の凹部または凸部が形成され、
さらに、プラズマからの反射波に応じて予測される前記各誘電体板内部の電界エネルギーの分布に基づき、前記各誘電体板の被処理体に対向する面の表面を電界エネルギーの強い領域から弱い領域にエネルギーが伝わるように、前記各誘電体板の被処理体に対向する面に形成された2以上の凹部または凸部の少なくとも一部を平坦化するマイクロ波プラズマ処理装置。
A processing vessel in which plasma is excited;
A microwave source for supplying microwaves necessary to excite plasma in the processing vessel;
A plurality of dielectric plates facing the inside of the processing vessel and propagating microwaves supplied from the microwave source into the processing vessel,
Each dielectric plate of the plurality of dielectric plates has two or more concave portions or convex portions formed on the surface of each dielectric plate facing the object to be processed.
Further, the surface of the surface of each dielectric plate facing the object to be processed is weakened from the region where the electric field energy is strong, based on the electric field energy distribution inside each dielectric plate predicted according to the reflected wave from the plasma. A microwave plasma processing apparatus for flattening at least a part of two or more concave portions or convex portions formed on a surface of each dielectric plate facing a target object so that energy is transmitted to the region.
前記プラズマからの反射波に応じた各誘電体板内部の電界エネルギーの分布は、所望のガスを励起させたときに生じるプラズマの誘電率およびプラズマの誘電正接から予測される請求項1に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   The distribution of the electric field energy in each dielectric plate according to the reflected wave from the plasma is predicted from the dielectric constant of the plasma and the dielectric loss tangent of the plasma generated when a desired gas is excited. Microwave plasma processing equipment. 前記各誘電体板の被処理体に対向する面に形成された2以上の凹部または凸部のうち、前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の少なくとも一部を平坦化する請求項1または2のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   Of the two or more recesses or projections formed on the surface of each dielectric plate facing the object to be processed, at least the recesses or projections formed in the region where the electric field energy changes from the strong region to the weak region The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a part of the plasma processing apparatus is planarized. 前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部のすべてを平坦化する請求項3に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   The microwave plasma processing apparatus according to claim 3, wherein all the concave portions or convex portions formed in a region where the electric field energy changes from a strong region to a weak region is flattened. 前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の一部を平坦化する請求項3に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   The microwave plasma processing apparatus according to claim 3, wherein a part of a concave portion or a convex portion formed in a region where the electric field energy changes from a strong region to a weak region is flattened. 前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の中央部を平坦化する請求項5に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   The microwave plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a central portion of a concave portion or a convex portion formed in a region where the electric field energy changes from a strong region to a weak region is flattened. 前記電界エネルギーの強い領域から弱い領域に変化する領域に形成された凹部または凸部の両端部を平坦化する請求項5に記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   The microwave plasma processing apparatus according to claim 5, wherein both end portions of a concave portion or a convex portion formed in a region where the electric field energy changes from a strong region to a weak region are flattened. 前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を1または2以上の導波管に伝播させ、複数のスロットに通し、前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給する請求項1〜7のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   In the microwave plasma processing apparatus, the microwave supplied from the microwave source is propagated to one or more waveguides, passed through a plurality of slots, and propagated to the plurality of dielectric plates. The microwave plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, which is supplied to the apparatus. 前記マイクロ波プラズマ処理装置は、前記マイクロ波源から供給されたマイクロ波を1または2以上の導体棒に伝播させ、さらに前記導体棒に隣接または近接した前記複数の誘電体板に伝播させて前記処理容器内に供給する請求項1〜7のいずれかに記載されたマイクロ波プラズマ処理装置。   The microwave plasma processing apparatus causes the microwave supplied from the microwave source to propagate to one or more conductor rods and further propagates to the plurality of dielectric plates adjacent to or close to the conductor rods. The microwave plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, which is supplied into a container.
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